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風(fēng)電是全球最具規(guī)模化開發(fā)前景的可再生能源。
中國(guó)政府高度重視風(fēng)電發(fā)展，把加快發(fā)展風(fēng)電作為優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、推動(dòng)能源生產(chǎn)方式變革的重大戰(zhàn)略舉措，“十一五”以來實(shí)施了《可再生能源法》，制定了鼓勵(lì)風(fēng)電發(fā)展的區(qū)域電價(jià)、費(fèi)用分?jǐn)�、�?yōu)先并網(wǎng)等一系列支持政策和配套措施，推動(dòng)了風(fēng)電高速度、大規(guī)模、高水平發(fā)展。
2006年以來，全國(guó)新增風(fēng)電裝機(jī)5000萬(wàn)千瓦左右，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電從200萬(wàn)千瓦到5000萬(wàn)千瓦的巨大跨越，用5年半時(shí)間走過了美國(guó)、歐洲15年的風(fēng)電發(fā)展歷程。2012年6月，全國(guó)并網(wǎng)風(fēng)電達(dá)到5258萬(wàn)千瓦，超過美國(guó)躍居世界第一。國(guó)家電網(wǎng)調(diào)度范圍達(dá)到5026萬(wàn)千瓦，成為全球風(fēng)電規(guī)模最大、發(fā)展最快的電網(wǎng)。
截至2013年底，全國(guó)并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)7548萬(wàn)千瓦，其中國(guó)家電網(wǎng)調(diào)度范圍7037萬(wàn)千瓦，占93%；2006年—2013年裝機(jī)年均增長(zhǎng)67.7%。2013年，全國(guó)風(fēng)電發(fā)電量超過1401億千瓦時(shí)，其中國(guó)家電網(wǎng)調(diào)度范圍風(fēng)電發(fā)電量1290億千瓦時(shí)；2006年—2013年發(fā)電量年均增長(zhǎng)77.1%。預(yù)計(jì)2020年全國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)容量將達(dá)到2億千瓦。
依靠大電網(wǎng)，蒙東、蒙西、甘肅和吉林風(fēng)電日發(fā)電量占用電量的比例最高分別達(dá)到94%、31%、33%和32%，風(fēng)電出力占用電負(fù)荷比例最大分別達(dá)到111%、36%、36%和34%，與丹麥、西班牙相當(dāng)。
十年前，中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)還處于艱難的起步階段，而今天，在全球風(fēng)電發(fā)展格局中，中國(guó)已成主角。曾幾何時(shí)，諾大一個(gè)中國(guó)僅有幾個(gè)風(fēng)電示范項(xiàng)目，而今天，平均每小時(shí)就有兩臺(tái)風(fēng)機(jī)在神州大地矗立；曾幾何時(shí)，中國(guó)最大的風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)不足1萬(wàn)千瓦，而今天，已建成新疆哈密、甘肅酒泉、蒙西、蒙東、河北、吉林等八個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地。
并網(wǎng)消納與安全運(yùn)行已成主要瓶頸
但是中國(guó)地域廣闊，能源資源分布及其不平衡，全國(guó)80%以上的煤炭、石油、天然氣、水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能資源分布在西北部地區(qū)，其中陸上風(fēng)能資源主要集中在“三北”和青藏高原地區(qū)，而人口稠密的東南部地區(qū)風(fēng)能資源稀缺�！叭薄钡貐^(qū)風(fēng)能資源占全國(guó)90%以上，用電負(fù)荷集中在華東、華中、華南和華北等東南部地區(qū)，占全國(guó)用電量80%以上。風(fēng)電規(guī)劃建設(shè)與用電市場(chǎng)需求逆向分布的趨勢(shì)非常明顯。
“三北”地區(qū)電源結(jié)構(gòu)以火電為主，水電等快速靈活調(diào)節(jié)電源較少，僅占0.5%—1.2%，冬季供熱期系統(tǒng)調(diào)峰尤為困難不利于風(fēng)電消納。相比而言，西班牙靈活調(diào)節(jié)電源比例高達(dá)34%，是風(fēng)電的1.7倍；美國(guó)高達(dá)49%，是風(fēng)電的14倍。靈活電源比例較高是西班牙等國(guó)家風(fēng)電利用水平高的主要原因。
另一方面，與風(fēng)電呈爆發(fā)式增長(zhǎng)相對(duì)的是，風(fēng)電機(jī)組類型多，風(fēng)能資源歷史數(shù)據(jù)少，且開發(fā)主要集中在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱、以欠靈活調(diào)節(jié)的煤電為主的“三北”地區(qū)，局部地區(qū)風(fēng)電出力受限和風(fēng)電機(jī)組大面積脫網(wǎng)事故時(shí)有發(fā)生，并網(wǎng)消納與安全運(yùn)行已成為中國(guó)風(fēng)電發(fā)展的主要瓶頸，突破風(fēng)電并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)是培育和發(fā)展風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的重大需求。
實(shí)現(xiàn)風(fēng)電可監(jiān)測(cè)、可調(diào)度、可控制
針對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和有效消納面臨的巨大挑戰(zhàn)，國(guó)網(wǎng)公司投入研發(fā)人員百余人，投入研究經(jīng)費(fèi)近4億元。通過自主創(chuàng)新和協(xié)同攻關(guān)，采用“基礎(chǔ)研究、系統(tǒng)開發(fā)、試驗(yàn)驗(yàn)證、應(yīng)用推廣”的技術(shù)路線，在風(fēng)電功率預(yù)測(cè)、優(yōu)化調(diào)度、試驗(yàn)檢測(cè)、并網(wǎng)仿真方面取得了技術(shù)突破，形成擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。
研發(fā)并投運(yùn)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電可監(jiān)測(cè)、可調(diào)度、可控制。
風(fēng)電功率預(yù)測(cè)是風(fēng)電納入調(diào)度運(yùn)行的基礎(chǔ)條件。中國(guó)風(fēng)電發(fā)展迅速，歷史數(shù)據(jù)少，風(fēng)電場(chǎng)地形復(fù)雜，氣候類型多樣；國(guó)外已有統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)方法需大量歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，基于微觀氣象學(xué)的物理方法僅適用于單一氣候類型的平坦地形風(fēng)電場(chǎng)，均無法全面滿足國(guó)內(nèi)風(fēng)電預(yù)測(cè)的要求。
通過深入研究風(fēng)電功率預(yù)測(cè)理論與方法，提出了基于計(jì)算流體力學(xué)的物理預(yù)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)過程的動(dòng)態(tài)精細(xì)化模擬，解決了歷史數(shù)據(jù)少、地形復(fù)雜的風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)難題。提出了物理與統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的預(yù)測(cè)方法，提高了預(yù)測(cè)方法的氣候適應(yīng)性、預(yù)測(cè)精度和算法的普適性。根據(jù)這兩種預(yù)測(cè)方法，建立了多種預(yù)測(cè)模型，并給出了模型的選擇方法和原則，開發(fā)了國(guó)內(nèi)首套具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)。
目前風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)已應(yīng)用于吉林、江蘇、甘肅和新疆等16個(gè)省(區(qū))，預(yù)測(cè)容量超過5000萬(wàn)千瓦，在預(yù)測(cè)精度上達(dá)到或超過國(guó)際先進(jìn)水平，且具有更強(qiáng)的普適性。通過預(yù)測(cè)將隨機(jī)性的風(fēng)電功率變?yōu)榭尚懦隽Γ娲Ｒ?guī)電源參與系統(tǒng)電力平衡，可提高電力系統(tǒng)風(fēng)電接納能力5%以上。
優(yōu)化調(diào)度計(jì)劃系統(tǒng)，確保風(fēng)電最大化消納
大規(guī)模風(fēng)電的消納是世界性難題，世界各國(guó)一直都在進(jìn)行艱苦努力和探索，不斷開展核心技術(shù)攻關(guān)。中國(guó)風(fēng)電消納問題尤為突出：一方面，風(fēng)資源集中、規(guī)模大，遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，就地消納能力有限；而國(guó)外風(fēng)電資源相對(duì)分散，80%以上風(fēng)電接入10千伏以下配電系統(tǒng)，能夠就地消納。另一方面，中國(guó)風(fēng)電集中的“三北”地區(qū)電源結(jié)構(gòu)單一，抽水蓄能、燃?xì)怆娬镜褥`活調(diào)節(jié)電源比重不足2%，特別是冬季供熱機(jī)組比重大，基本沒有調(diào)峰能力；而歐美等國(guó)快速跟蹤負(fù)荷的燃?xì)怆娬炯俺樗钅鼙戎卮�。風(fēng)電的波動(dòng)性和間歇性，需要電力系統(tǒng)有足夠的運(yùn)行靈活性。
本項(xiàng)目提出了時(shí)序遞進(jìn)的風(fēng)電運(yùn)行不確定區(qū)間調(diào)度方法，基于周風(fēng)電功率預(yù)測(cè)，將風(fēng)電納入開機(jī)安排，滾動(dòng)優(yōu)化火電機(jī)組開機(jī)，為風(fēng)電消納留出最大空間。在滿足電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行約束下，
